Việc hiểu các thuật ngữ vật lý và biết định nghĩa của các đại lượng đóng một vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu các định luật khác nhau và để giải quyết các vấn đề trong vật lý. Một trong những khái niệm cơ bản là khái niệm khối lượng cơ thể. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn câu hỏi: trọng lượng cơ thể là gì?
Lịch sử
Xét theo quan điểm vật lý học hiện đại, có thể nói rằng khối lượng của một vật thể là một đặc tính thể hiện trong quá trình chuyển động, trong quá trình tương tác giữa các vật thể thực, cũng như trong quá trình biến đổi nguyên tử và hạt nhân. Tuy nhiên, sự hiểu biết về khối lượng này mới hình thành khá gần đây, theo nghĩa đen là vào những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 20, nhờ vào thuyết tương đối do Einstein tạo ra.
Đi sâu hơn vào lịch sử, chúng ta nhớ lại rằng một số triết gia thời Hy Lạp cổ đại tin rằng chuyển động không tồn tại, do đó không có khái niệm về khối lượng cơ thể. Tuy nhiên, có một khái niệm về trọng lượng cơ thể. Để làm được điều này, chỉ cần nhớ lại định luật Archimedes là đủ. Cân nặng liên quan đến trọng lượng cơ thể. Tuy nhiên, chúng không có cùng giá trị.
BTrong kỷ nguyên hiện đại, nhờ các công trình của Descartes, Galileo và đặc biệt là Newton, các khái niệm về hai khối lượng khác nhau đã được hình thành:
- quán tính;
- hấp dẫn.
Sau này hóa ra, cả hai loại khối lượng cơ thể đều có cùng giá trị, bản chất của nó là đặc điểm của tất cả các vật thể xung quanh chúng ta.
Quán tính
Nói về khối lượng quán tính, nhiều nhà vật lý đang bắt đầu đưa ra công thức cho định luật thứ hai của Newton, trong đó lực, khối lượng vật thể và gia tốc được kết nối theo một đẳng thức. Tuy nhiên, có một biểu thức cơ bản hơn mà từ đó chính Newton đã xây dựng nên định luật của mình. Đó là về số lượng chuyển động.
Trong vật lý, động lượng được hiểu là giá trị bằng tích của khối lượng vật thể m và tốc độ chuyển động của nó trong không gian v, đó là:
p=mv
Đối với bất kỳ phần thân nào, các giá trị p và v là các biến vectơ của đặc tính. Giá trị m là hằng số hệ số đối với vật thể được xem xét, kết nối p và v. Hệ số này càng lớn thì giá trị của p càng lớn với tốc độ không đổi và càng khó dừng chuyển động. Đó là, khối lượng của một vật thể là một đặc điểm của tính chất quán tính của nó.
Sử dụng biểu thức viết cho p, Newton đã thu được định luật nổi tiếng của mình, định luật này mô tả về mặt toán học sự thay đổi của động lượng. Nó thường được thể hiện dưới dạng sau:
F=ma
Ở đây F là lực tác dụng lên vật có khối lượng m và tạo cho vật một gia tốc a. Như trongtrong biểu thức trước, khối lượng m là hệ số tỉ lệ giữa hai đặc trưng vectơ. Vật có khối lượng càng lớn thì càng khó thay đổi tốc độ của nó (nhỏ hơn a) với sự trợ giúp của lực tác dụng không đổi F.
Trọng lực
Trong suốt lịch sử, nhân loại đã theo dõi bầu trời, các vì sao và các hành tinh. Là kết quả của nhiều quan sát trong thế kỷ 17, Isaac Newton đã xây dựng định luật vạn vật hấp dẫn của mình. Theo định luật này, hai vật có khối lượng lớn hút nhau theo tỉ lệ của hai hằng số M1và M2và tỉ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách R giữa chúng, đó là:
F=GM1 M2/ R2
Ở đây G là hằng số hấp dẫn. Hằng số M1và M2được gọi là khối lượng hấp dẫn của các vật thể tương tác.
Như vậy, khối lượng hấp dẫn của một vật là đại lượng đo lực hút giữa các vật thể thực, không liên quan gì đến khối lượng quán tính.
Trọng lượng và khối lượng cơ thể
Nếu biểu thức trên được áp dụng cho lực hấp dẫn trên hành tinh của chúng ta, thì công thức sau có thể được viết:
F=mg, trong đó g=GM / R2
Ở đây M và R lần lượt là khối lượng của hành tinh chúng ta và bán kính của nó. Giá trị của g là gia tốc rơi tự do quen thuộc với mọi học sinh. Chữ m biểu thị khối lượng hấp dẫn của vật thể. Công thức này cho phép bạn tính lực hút bởi Trái đất của một vật thể có khối lượng m.
Theo định luật thứ ba của Newton, lực F phải làbằng phản lực của N hỗ trợ mà cơ thể dựa vào. Sự bình đẳng này cho phép chúng ta đưa ra một đại lượng vật lý mới - trọng lượng. Trọng lượng là lực mà cơ thể kéo căng hệ thống treo hoặc ép lên một giá đỡ nhất định.
Nhiều người không rành về vật lý không phân biệt được khái niệm trọng lượng và khối lượng. Đồng thời, chúng là những giá trị hoàn toàn khác nhau. Chúng được đo bằng các đơn vị khác nhau (khối lượng tính bằng kilôgam, trọng lượng tính bằng niutơn). Ngoài ra, trọng lượng không phải là một đặc điểm của cơ thể, mà là khối lượng. Tuy nhiên, bạn có thể tính khối lượng của một vật thể m, biết trọng lượng P. Việc này được thực hiện theo công thức sau:
m=P / g
Khối lượng là một đặc tính duy nhất
Ở trên đã lưu ý rằng khối lượng của một cơ thể có thể là lực hấp dẫn và quán tính. Khi phát triển thuyết tương đối của mình, Albert Einstein đã tiến hành từ giả định rằng các loại khối lượng được đánh dấu đại diện cho cùng một đặc tính của vật chất.
Cho đến nay, nhiều phép đo của cả hai loại khối lượng cơ thể đã được thực hiện trong các tình huống khác nhau. Tất cả các phép đo này đã dẫn đến kết luận rằng khối lượng hấp dẫn và quán tính trùng khớp với nhau với độ chính xác của các dụng cụ được sử dụng để xác định chúng.
Sự phát triển nhanh chóng của năng lượng hạt nhân vào giữa thế kỷ trước đã làm sâu sắc thêm sự hiểu biết về khái niệm khối lượng, hóa ra có liên quan đến năng lượng thông qua hằng số tốc độ ánh sáng. Năng lượng và khối lượng của một cơ thể là biểu hiện của một số bản chất đơn lẻ của vật chất.
